[发明专利]一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法

说明书

技术领域

本发明属于合金材料领域，涉及一种TPU合金材料及其制备方法，尤其涉及一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法。

背景技术

TPU名称为热塑性聚氨酯弹性体橡胶，它的分子结构是由二异氰酸酯和扩链剂反应得到的刚性嵌段以及二异氰酸酯与大分子多元醇反应得到的柔性链段交替构成的，是一种新型的有机高分子合成材料，可以替代橡胶或软性聚氯乙烯材料，其良好的耐磨性，回弹性均优于普通聚氨酯，耐老化性能优于橡胶，可以说TPU拥有塑料的刚性和橡胶的高弹性，被国际上称为新型聚合物材料；并且加工方式多样化，其生产过程中不需要硫化反应，整体生产周期短，可回收利用边角料等橡胶不具备的特点，TPU卓越的性能决定了应用的广泛性；又因为TPU具有良好的力学性能，通过调节配方可使制品的硬度在很大范围内变化，并且具有优异的撕裂强度及阻尼性能，TPU已广泛应用于医疗卫生、电子电器以及体育用品等方面。

尽管TPU已经得到广泛应用，但TPU在作为防护材料应用时，仍然存在强度不够高的缺陷，目前需要开发一种新的TPU材料来扩展TPU在防护材料方面的应用。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种TPU合金材料及其制备方法，特别是一种高强度的防护用TPU合金材料及其制备方法。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一方面，本发明提供了一种TPU合金材料，所述TPU合金材料的制备原料包括以下重量份的组分：

本发明提供的TPU合金中包括碳纤维、氧化石墨烯和石墨烯，碳纤维可以增加材料强度的同时填充于石墨烯和氧化石墨烯的片层间，构成彼此穿插层间的结构，避免石墨烯、氧化石墨烯聚集的同时且可以赋予材料优良的抗静电性能；而氧化石墨烯和石墨烯的添加可以增加材料强度的同时在一定程度上减轻材料的单位质量；本发明提供的TPU合金还包括含磷腈的聚酯，在合金中加入含磷腈的聚酯一方面可以避免加入无机阻燃剂而影响材料之间的相容性，另一方面含磷腈的聚酯可以增加材料的强度；碳纤维、氧化石墨烯、石墨烯和含磷腈的聚酯相互配合使本发明提供的TPU合金具有高强度的特点，可以作为防护材料应用。

在本发明中，所述TPU颗粒的重量份为50-70重量份，例如50重量份、55重量份、60重量份、65重量份、70重量份等。

优选地，所述TPU颗粒为质量比1:(1-5)的聚醚型TPU颗粒和聚酯型TPU颗粒的混合物，所述1:(1-5)可以为1:1、1:2、1:3、1:4、1:5等。

当聚酯型TPU颗粒含量太多时，虽然TPU合金仍具有高强度的特点，但是TPU合金的柔韧性会变差；而当聚醚性TPU颗粒含量太多时，TPU合金柔韧性增加但是强度会有所损失。

在本发明中，所述碳纤维的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。

在本发明中，所述氧化石墨烯的重量份为5-10重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份、9重量份、10重量份等。

在本发明中，所述石墨烯的重量份为10-20重量份，例如10重量份、12重量份、15重量份、17重量份、20重量份等。

在本发明中，所述含磷腈的聚酯的重量份为5-8重量份，例如5重量份、6重量份、7重量份、8重量份等。

优选地，所述含磷腈的聚酯具有如下结构：

其中n为1-10，例如1、3、5、7、9、10等。

在本发明中，所述抗氧剂的重量份为1-4重量份，例如1重量份、2重量份、3重量份、4重量份等。

优选地，所述抗氧剂为抗氧剂1010、抗氧剂1076、抗氧剂264、抗氧剂TPP或抗氧剂TNP中的任意一种或至少两种的混合物。

另一方面，本发明提供了如上所述的TPU合金材料的制备方法，所述制备方法包括以下步骤：

(1)将碳纤维与石墨烯、氧化石墨烯混合均匀，得到混合物；

(2)将步骤(1)得到的混合物与TPU颗粒、含磷腈的聚酯以及抗氧剂混合均匀，得到混合物；

(3)将步骤(2)得到的混合物干燥后在80-100℃混炼10-30分钟；所述80-100℃可以是80℃、85℃、90℃、95℃、100℃等，所述10-30分钟可以是10分钟、15分钟、20分钟、25分钟、30分钟等。